5. Kräfte Flashcards
Welche Wirkungen können Kräfte haben?
Eine physikalische Kraft erkennt man anhand ihrer Wirkung.
- Sie kann die Bewegung eines Körpers beeinflussen durch Beschleunigung, Abbremsen oder Richtung ändern.
- Sie kann Körper auch plastisch oder elastisch verformen.
Welche Bedeutung haben Massen und Ladungen im Zusammenhang mit Kräften?
Ursache von für uns direkt wahrnehmbaren, fundamentalen physikalischen Kräften sind Massen und Ladungen. Wirken diese Kräfte auf Distanz und auch im leeren Raum, ergibt sich daraus das Konzept von Kraftfeldern.
Erläutere das Kraftfeld der Masse
Die Fundamentale Anziehungskraft zwischen Masse wird als Gravitationskraft bezeichnet, das entsprechende Feld als Schwerefeld. Daraus ergeben sich weitere Kräfte: • Gewichtskraft • Auftriebskraft • Zentripetalkraft • Zentrifugalkraft (Scheinkraft) • Corioliskraft (Scheinkraft)
Erläutere das Kraftfeld von Ladungen?
Elektromagnetische Wechselwirkungen und Felder
• Coulombkraft: Anziehungs- und Abstossungskräfte zwischen Ladungen. Das entsprechende Feld bezeichnet man als elektrisches Feld.
• Wir kennen auch magnetische Anziehungs- und Abstossungskräfte im magnetischen Feld.
• Lorentzkraft beschreibt die Kraft auf eine Bewegte Ladung in einem Magnetfeld (Kombination beider Phänomene).
Daraus ergeben sich weitere Kräfte:
• Reibungskräfte: Gleit-, Haft- und Rollreibung; Das Gesetz von Stokes bei laminaren Strömungen und der Strömungswiderstand bei Wirbelströmungen
• Federkraft (Hooke’sches Gesetz)
Federkraft und Hooke’sches Gesetz
Hängt man Gewichtsstücke an eine Feder, verlängert sie sich. Dies zeigt, dass die Kraft die Ursache ist und die Verlängerung die Wirkung. Die Feder dehnt sich proportional zur angehängten Gewichtskraft aus. Sie verformt sich elastisch.
Federkonstante D
D = Kraftänderung / Längenänderung
Symbol und Einheit der Kraft, sowie ihre Darstellung
Kräfte werden durch Pfeile dargestellt und durch folgende Angaben charakterisiert:
• Durch die Pfeillänge, also einen Zahlenwert, der Angibt wie stark die Kraft ist.
• Durch die Pfeilrichtung, die anzeigt, in welche Richtung die Kraft wirkt.
• Durch den Punkt, an dem die Kraft angreift. In vielen Fällen wird der Körper als punktförmig angenommen und diese Angabe entfällt.
Symbol: F
Einheit: N
Wie messen wir Kräfte?
Kräfte Messen mit dem Newtonmeter: der Newtonmeter kann horizontal oder vertikal verwendet werden. Aufgrund des Eigengewichts muss er immer vor jeder Verwendung auf Null gestellt werden.
Erkläre den Begriff Gewichtskraft
Die Gewichtskraft, die auf einen Körper wirkt, wird durch ein Schwerefeld verursacht. An der Erdoberfläche ist das Schwerefeld vor allem durch die Masse der Erde bestimmt.
Der Betrag der Gewichtskraft errechnet sich aus der Masse des Körpers, multipliziert mit dem Ortsfaktor: 𝐹𝐺=𝑚𝑔
Gewichtskraft 𝐹𝐺 in N (Newton) Masse m in kg Ortsfaktor g in N/kg = N kg -1
Die Bezeichnung Ortsfaktor verdeutlicht, dass dieser (und somit auch die Gewichtskraft auf einen Körper) vom Ort abhängt. Auf der Erdoberfläche ist g = 9.81 N/kg (=ca. 10 N/kg)
Der Ortsfaktor ist auch gleich der Erdbeschleunigung/Fallbeschleunigung. Das Schwerefeld der Erde sorgt dafür, dass ein Körper mit g = 9.81 m/s2 beschleunigt wird und die Gewichtskraft dadurch zustande kommt.
Auf dem Mond ist der Ortsfaktor aufgrund der kleineren Masse des Mondes (und entsprechend die Gewichtskraft) ca. 6x kleiner.
Erkläre den Unterschied von Masse und Gewicht
Im Alltag wird die Masse oft mit Gewicht bezeichnet. Diese Bezeichnung ist jedoch nicht zu verwechseln mit der Gewichtskraft. Um Unklarheiten zu vermeiden, sollte bei der Verwendung von Gewicht immer die Einheit angefügt werden (kg oder N, je nachdem ob Masse oder Gewichtskraft).
Eine Waage, die ein Gewicht in kg angibt, ist oft ein Kraftmesser (Federwaage), welche die Gewichtskraft in kg umrechnet. Diese Waagen funktionieren jedoch nur auf der Erde. «Nur» Balkenwaagen funktionieren nicht nach diesem Prinzip.
Was geschieht, wenn mehrere Kräfte auf einen Körper wirken?
- Statik: Es herrscht ein Kräftegleichgewicht, die resultierende Kraft ist gleich null. Die Bewegung des Körpers wird nicht beeinflusst, er bewegt sich nicht oder ändert seine gleichförmige Bewegung nicht.
- Dynamik: Die resultierende Kraft ist nicht gleich null. Die Bewegung des Körpers wird beeinflusst, er wird schneller, bremst ab oder ändert seine Richtung.
